干線牽引電機車雙電機驅動控制方法的設計

馬瑩

摘 要：干線牽引電機車是鐵路運輸貨物的一種重要交通工具，根據目前礦山開采的實際情況，需要其具有較強的穩定性、負荷能力，即在牽引電機起動上、穩定性、過載能力上提出了較高的要求。本文通過MATLAB仿真軟件對雙電機拖動系統的簡單平均模型進行建模仿真，采用矢量控制算法。并對雙電機單逆變器控制系統進行仿真設計，仿真驗證系統能滿足礦山牽引對電機的要求，并具有良好的抗干擾性能。

關鍵詞：牽引電機車；雙電機拖動；矢量控制

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A

0.引言

作為礦山開采的主要交通工具，礦山電機車性能的好壞直接影響其工作效率。傳統的直流調阻調速和直流斬波調速被交流牽引電機車所替代?？臻g控制、寬度不同的軌距等因素將影響著礦山牽引電機車性能，若采用一臺電機驅動一個輪軸，即雙電機直接驅動，為了提升電機運行速斷，成本等問題，采用一臺變頻器控制多臺電機的方法，即雙電機單逆變器控制系統。

1.牽引電機的數學模型及工作原理

牽引電機車在控制方法上具有多樣性，但對研究對象的控制上具有相似性，均采用一臺電機作為控制模型，本文在系統建模時以一臺電機作為研究對象，在電機建模時即對一臺電機進行建模。為了使牽引電機車提高其運行可靠性，采用異步電機，而其動態數學模型具有強耦合、非線性等特點，根據產生磁動勢相等的原則需進行坐標簡化。

對交流異步電動機進行調速主要分為基頻以下控制和基頻以上控制。由于定子電流對異步電機的勵磁回路產生影響，而定子繞組輸入的電流由轉矩分量和勵磁分量兩部分組成，這樣就不易于異步電機進行速度調節。而調速主要是由磁場進行控制，為了對異步電動機磁場準確調節控制，就要實時檢測其位置與數值的大小。若需要直接檢測，就要被現實中一些工程技術所制約，所以通過采用磁鏈模型進行觀測的計算分析方式。

2.干線牽引電機車矢量控制系統

通過將異步電動機三相坐標變換為兩相旋轉坐標坐標的數學模型可知，為了對其轉矩進行控制，可采用用來產生磁場的勵磁電流以及轉矩分量的電流的幅值和相位加以控制，在矢量變換的基礎上即控制其定子電流的矢量，這樣的控制方式稱為矢量控制，這種控制屬于一種比較先進的電機控制。牽引電機車采用矢量控制能夠滿足其工作中的性能要求。

3.干線牽引電機車雙電機系統仿真模型的搭建與結果分析

依據異步電機等效直流電機模型公式搭建雙電機單逆變器矢量控制系統，如圖1所示，系統采用雙電機單逆變器的簡化平均模型，其中電機M1為主控制電機，電機M2為被控制電機。

3.1 系統仿真參數如下：

3.2 仿真研究

系統仿真從電機起動后突加50%額定轉矩如圖2所示。其中圖2、圖3分別為系統啟動后突加50%額定轉矩電機M1和電機M2的定子電流波形；圖4、圖5分別為系統啟動后突加50%額定轉矩電機M1和電機M2的轉速的波形。

由圖2、圖3波形可以看出，在主控制電機M1和被動控制電機M2設計相同參數時，二者承受的負載轉矩平衡；由圖4、圖5波形看，兩電機具有低速大轉矩的工作性能，即在簡化平均模型下采用矢量控制，能夠達到牽引電機車對牽引電機出力的要求。

結論

本文采用MATLAB軟件，建立牽引機車的控制系統的仿真模型，并對仿真中的關鍵問題及系統的仿真結果進行分析研究，為實際系統的設計提供理論依據及必要的設計參數。介紹簡化平均模型下的矢量控制調速系統控制方案，并建立雙電機單逆變器控制系統仿真模型。通過對兩電機中突加額定轉矩下定子電流和轉速的仿真結果說明運用簡化平均電機模型在兩臺電機參數一致的前提下，具有良好的穩態及動態性能，并能夠滿足牽引電機車對電機性能的要求。

參考文獻

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